特別用於發電機轉子的內部冷卻電導體裝置的製作方法

2023-09-22 22:38:45 2

專利名稱：特別用於發電機轉子的內部冷卻電導體裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種內部冷卻電導體裝置，特別用於發電機轉子的繞組，各電導體在所有情況下包括一縱嚮導體和一橫嚮導體。與徑向冷卻導體相對照，內部冷卻導體特別被理解為意味著直接內部冷卻導體。
背景技術：
設計用於高電流密度的電導體，如具有大約450MVA功率的渦輪發電機繞組，通常由內部冷卻導管冷卻。在導體橫剖面中或直接與導體橫剖面並排地延伸有至少一個冷卻導管，基本上與導體平行。冷卻流體，特別是最好為氫的冷卻氣體，高速通過所述或每個冷卻導管，冷卻導管的流體-機械設計對流速和冷卻效果以及相應地可實現的發電機功率，都有直接的影向。這類帶有冷卻導管的電導體，比如，可從DE195 43 392 C1上得知。冷卻導管入口區域中的流動阻力在這種情況下通過在該區域中擴展導體而下降。
在內部冷卻導體中，冷卻導管的彎曲或—作為彎曲的極限情況—扭曲特別會造成流動阻力，彎曲半徑越小，造成冷卻劑流偏轉的的流動阻力的增加就越大。進入和離開相應冷卻導管的流入損失和流出損失也必須加以考慮。
發電機轉子的各電導體基本上與發電機轉子的軸線平行延伸，成切線延伸的各導體部分在稱為端部繞組的區域中的端面處與各軸嚮導體部分連接。基本上彼此垂直的各導體部分的這種連接，如從DE-B 10 36 370所知的那樣，可以通過彎曲導體而發生，冷卻導管一路上順隨該彎曲。雖然導體和冷卻導管的這種結構避免了在導體和冷卻導管內的扭曲，但由於帶有內部冷卻導管的導體的彎曲，在生產方面具有技術複雜性。
在技術生產上相對簡單的方式中，成切線或徑向延伸的導體部分可以與軸向延伸的導體部分整體焊接，特別是通過釺焊，各個導體部分在所有情況下是直的，並至少大致形成了一個直角。焊接具有封閉各被連接導體部分之一的冷卻導管或各冷卻導管的效果。因此，在彼此垂直連接的各導體部分的連接點處，必須配置獨立的進氣口或出氣口。結果—特別是一方面軸嚮導體部分和另一方面切線導體部分的冷卻導管的平行設置的情況下—形成了其中冷卻流體被相應不同程度地加熱的彼此相差很大的若干冷卻導管段。各個導體部分的不同熱負荷對發電機可實現的功率具有不利的影響。

發明內容
因此，本發明是基於如下目的，即確定特別是用於發電機轉子繞組的帶有適當冷卻劑傳導的內部冷卻電導體的技術生產方面的有利配置。
這一目的根據本發明通過權利要求1的特徵實現。根據本發明，在若干相鄰設置的導體的情況下，在每種情況下，包括一縱嚮導體和與之連接的橫嚮導體，其各縱嚮導體和橫嚮導體分別至少大約彼此平行地延伸，第一導體的一縱嚮導體的冷卻導管與一相鄰的第二導體的一橫嚮導體的冷卻導管連接。
本發明基於如下設想，即內部冷卻電導體配置中的冷卻劑傳導是獨立於電流傳導考慮的。彼此電連接的兩個導體部分的冷卻導管的直接連接是不必要的。相反，彼此不電連接的各導體部分的冷卻導管可以流體-機械地連接。由於低流動阻力的實現在冷卻導管設計中居於優先地位，偏轉將儘可能地避免。另外，各個冷卻導管在其長度上不應有太大的變化，以確保充分均勻的冷卻。
在導體內，橫嚮導體和縱嚮導體之間的直角連接可通過用焊接把橫向或縱嚮導體的端面連接到另一導體部分的壁上形成。兩個導體部分的截面在這種情況下可以彼此不同。由於，為了避免減弱相應的焊接連接，冷卻導管不能直線延伸通過橫向或縱嚮導體的端面上的焊接接縫，冷卻劑必須在這個位置以一改變的流向進一步傳送，例如，通過設置在該導體部分的縱向側上的孔或為人所知的凹室。在冷卻劑的進一步傳送中，偏轉的次數應限制在最小程度。
如果，在由一個導體形成的角度中，設置一個以同樣方式由一個橫嚮導體和一個縱嚮導體形成的內部導體，兩個導體的橫向和縱嚮導體以一小間距至少大約彼此平行地設置，內部導體的橫向或縱嚮導體的端面對置於外部導體的縱向或橫嚮導體的一壁。因此，一連接導管可以設置在內部導體的這個自由端面和沿外部導體的相對部分延伸的冷卻導管之間。在流體力學方面，該連接導管在僅帶有一個偏轉的情況下使得可以將冷卻劑從內部導體的一部分導入相對於其橫向設置的外部導體的一部分，反之亦然。
偏置的各導體在長度上是不同的。在這方面，一般來說，縱嚮導體和橫嚮導體兩者在外部導體的情況下比在內部導體的情況下長。相互嵌套的各角度的長度由外向內逐漸減小。如果橫向和縱嚮導體—作為導體的導體部分—的冷卻導管分別串聯設置，外部導體因此必須承受最大的熱負荷。這一負荷通過外部導體的橫向或縱嚮導體的冷卻導管與內部導體的縱向或橫嚮導體的冷卻導管的連接而減少。進一步拓展，未與外導體部分連接的內置導體的導體部分，如果適當的話—在各自帶有一個橫嚮導體和一個縱嚮導體的總共至少三個相互偏之的導體的情況下—可以連接到進一步內置導體的一導體部分。因此，不同導體的兩個導體部分相應地連接，僅有最外部導體的一個導體部分和最內導體的一個導體部分具有獨立的冷卻導管。在這方面，最外部的導體部分的獨立冷卻特別有利於限制熱負荷，因為與其他導體部分相比它的長度大。
在若干冷卻導管在導體內或導體上延伸的情況下，僅使用一個冷卻導管通常是足夠的。在這種情況下，不同導體的冷卻導管之間的連接有利地以這樣一種方式構作而成，即在一個導體的有源冷卻導管的線性延伸段上的冷卻導管僅通向與之垂直延伸的另一導體的冷卻導管之一，而導體的其他冷卻導管相應地被關閉，如通過封塞。
設置在例如繞組的基本上彼此平行延伸的各個導體或導體束之間的是一個支承件，其執行機械功能和將各個導體或導體束保持在一定距離，彼此隔開。連接管穿過該支座過由這種類型的支承件結構配置形成的的自由空間。此外，也可以設置穿過該支承件的另一連接導管，位於一導體部分若干冷卻導管之一和同一導體的另一導體部分的一冷卻導管之間。
由此取得的好處特別在於，一方面，若干冷卻導體用在一導體截面中或導體截面上。另一方面，只有一導體部分中或上流動的冷卻流體的部分流體流經由繞過對於一連接的導體部分的焊接點的較長的傳導通道被傳導到後者，而冷卻流體的另一部分經由較短和直的連接導管流入另一個導體的冷卻導管。由於它只設計用於冷卻流體的部分流體流，繞過焊接點的連接導管可以具有這樣一個小的截面，即它配置在支承件內並實際上不削弱支承件。由於流經該旁路導管的冷卻流體承擔了部分冷卻工作，冷卻流體的流速可以降低，導致了對冷卻流體循環的低動力要求。因此，在同樣的流速下，動力可以增加，結果，在發電機的情況下，發電機的功率可以增加。
對冷卻導管的冷卻流體的出口，可以比如以本身為人所知的方式提供孔或凹室，它們通過在發電機轉子的繞組中一個位於另一個之上地徑向設置的若干導體和冷卻導管。為了實現各冷卻流體離體流的預期分布，可以-如從DE195 43 392 C1所知道的那樣-在冷卻導管中設置一個冷卻導管插頭。通過這種方式可以確定哪個冷卻流體流體流通過哪個路徑從導體中流出。
由本發明得到的好處特別在於，通過不同導體的冷卻導管之間的流體-機械連接，以低壓力損失得到了均勻的冷卻。結果，冷卻流體循環所需要的動力減小了，而導體中可能的電流密度增加了，使得總體上實現了發電機能量有效利用。


下面結合附圖對本發明的例示性實施例進行說明，其中圖1是帶有內部冷卻導體的發電機轉子的透視圖。
圖2是若干內部冷卻導體的剖面視圖。
圖3是若干帶有另外傳送導管的內部冷卻導體的剖面視圖。
圖4a-4c分別以剖面視圖、側視圖和平面圖表示轉子中心上的流孔。
具體實施例方式
圖1表明由冷卻流體K冷的發電機轉子1的細節，帶有在轉子體4的區域中軸向延伸的導體2，3，並在端部繞組5的區域中包括縱嚮導體6，7，帶有與之橫向連接的成切線延伸的橫嚮導體8，9。若干導體2，3分別沿徑向疊置並形成繞組G和H。通過示例以詳細形式表示的繞組G，H，是設置在發電機轉子1上的各繞組的最外側繞組，各繞組由裡向外由A到H表示，各繞組的長度從A到G增加。
圖2中所示的是帶有縱嚮導體6，7和橫嚮導體8，9的端部繞組5的詳圖。在這種情況下，作為圖1的起點，縱嚮導體6，7設置在橫嚮導體8，9的左邊。各個導體部分6至9在每種情況下包括兩個冷卻導管10。在導體2，3之間並與導體3並排設置有各支承件11，它們僅局部示出並由進氣口12和出氣口13間斷。在進氣口12和出氣口13處，冷卻流體K可以至少部分地相對於所顯示的平面垂直流動。導體2，3由角部焊縫14連接。在橫嚮導體9的端面15上，支承件11被間斷，連接導管16通向縱嚮導體6的冷卻導管10。部分連接導管16在這種情況下由縱嚮導體6上的孔17形成。導體2的縱嚮導體6上的冷卻導管10和導體3的橫嚮導體9上的冷卻導管10因此串聯。
以類似的方式，導體3的縱嚮導體7與一個進一步內置的導體的一個橫嚮導體(未示)連接。導體2，3內的一相應冷卻導管被關閉。屬於導體2的外置的橫嚮導體8有一個帶有獨立的進氣口12和出氣口13的冷卻導管10。
在圖3所示的實施例中，在每種情況下，導體2，3的兩個冷卻導管10都是有源的(active)。橫嚮導體9的端面15通過焊接與縱嚮導體7的壁連接。在縱嚮導體7的端面18上，支承件11被間斷。從縱嚮導體7流出的冷卻流體K可以通過兩個路徑流入橫嚮導體8，9。一方面，冷卻流體K可以經由冷卻導管10a從縱嚮導體7的端面18流出，並經由一相應開口19流入相對的橫嚮導體8的冷卻導管10。另一方面，冷卻流體K經由形成傳送導管21的支承件11上的間隙，從縱嚮導體7中的冷卻導管10b流入橫嚮導體9的冷卻導管10。為了使流過冷卻導管10a和10b的冷卻劑流完隔開，可以設置一中間壁20。
圖3所示的實施例具有下列好處，即在每種情況下，兩個冷卻導管10可以用於至少導體2，3的部分中。同時，在冷卻流體K從一縱嚮導體6，7流入一或多個橫嚮導體8，9的情況下，只有冷卻流體K的單一一個部分的流體流必須偏轉數次。一個例外由從縱嚮導體6的冷卻導管10流入橫嚮導體8的冷卻導管10的冷卻流體表明。這裡，將從縱嚮導體6流出的冷卻流體K以90°偏轉被傳送進入橫嚮導體8的冷卻導管10是不可能的。然而，由於這些是最外面導體2中的冷卻導管10，與進一步內置的導體3相比，對於以導流方式設計傳送導管21而言存在著有利的安裝條件。
圖4a至4c以各剖面視圖表明端部繞組5中的出氣口13。出氣口13被設置在發電機轉子1的幾何軸線22上，並在橫截面上具有可從圖4a中看到的梯形。在出氣口13的區域中，內部冷卻導體2相對於幾何軸線22橫向延伸。冷卻流體K在幾何軸線22的兩側流出冷卻導管10並朝向幾何軸線22，並以90°在出氣口13中偏轉。於出氣口13中心設置了一個用於每個導體2的配裝件23，它將從幾何軸22線兩側流向出氣口13的冷卻流體流分開。一個位於另一個上方設置的各冷卻導管10在出氣口13區域中以不同程度敞開，其方式是，各冷卻導管10中，流動截面越大，該截面中流動的冷卻流體K就越多。
附圖標記一覽表1發電機轉子2導體3導體4轉子體5端部繞組6縱嚮導體7縱嚮導體8橫嚮導體9橫嚮導體10 冷卻導管10a 冷卻導管10b 冷卻導管11 支承件12 進氣口13 出氣口14 角部焊縫15 端面16 連接導管17 孔18 端面19 開口20中間壁21傳送導管22幾何軸線23配裝件G 繞組H 繞組K 冷卻流體
權利要求
1.一種內部冷卻電導體(2，3)裝置，所述電導體(2，3)在每種情況下帶有縱嚮導體(6，7)和與之連接的橫嚮導體(8，9)，一個位於另一個內側地間隔開設置，其方式是各縱嚮導體(6，7)和各橫嚮導體(8，9)分別至少大約彼此平行地延伸，第一導體(2，3)的縱嚮導體(6，7)的冷卻導管(10)與相鄰的第二導體(2，3)的橫嚮導體(8，9)的冷卻導管(10)連接。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，一連接導管(16)，其在所述縱嚮導體(6，7)的端面(18)上直線延伸一冷卻導管(10)並橫向打開通向所述橫嚮導體(8，9)的冷卻導管(10)。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，一連接導管(16)，其在所述橫嚮導體(8，9)的端面(15)上直線延伸一冷卻導管(10)並橫向打開通向所述縱嚮導體(6，7)的冷卻導管(10)。
4.如權利要求1-3之一所述的裝置，其特徵在於，若干行平的冷卻導管(10a，10b)沿縱嚮導體(6，7)延伸。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述平行冷卻導管(10a，10b)中的一個與相同導體(2，3)的橫嚮導體(8，9)的冷卻導管(10)連接，而所述平行冷卻導管(10a，10b)的另一個與相鄰導體(2，3)的橫嚮導體(8，9)的冷卻導管(10)連接。
6.如權利要求1-5之一所述的裝置，其特徵在於，若干行平的冷卻導管(10a，10b)沿所述橫嚮導體(8，9)延伸。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述平行冷卻導管(10a，10b)中的一個與相同導體(2，3)的縱嚮導體(6，7)的冷卻導管(10)連接，而所述平行冷卻導管(10a，10b)的另一個與相鄰導體(2，3)的縱嚮導體(6，7)的冷卻導管(10)連接。
8.一種發電機轉子，配裝有如權利要求1-7中任何一項所述的內部冷卻電導體(2，3)的裝置。
全文摘要
若干內部冷卻導體(2，3)在所有情況下包括一個縱嚮導體(6，7)和一個橫嚮導體(8，9)與之連接，縱嚮導體(6，7)和橫嚮導體(8，9)分別設置得至少接近平行並近距離分開。流體機械學意義上有利的冷卻，通過一個導體(2，3)和縱嚮導體(6，7)的冷卻導管(10)與鄰近導體(2，3)的橫嚮導體(8，9)的冷卻導管(10)連接取得。
文檔編號H02K3/22GK1405950SQ0212853
公開日2003年3月26日 申請日期2002年8月9日 優先權日2001年8月9日
發明者于爾根·克拉爾 申請人:西門子公司